Informație

Ce scop funcțional are o coloană corticală?

Ce scop funcțional are o coloană corticală?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Proiectul Blue Brain condus de Henry Markram sa concentrat pe simularea coloanelor corticale sub ideea că formează unități de procesare de bază ale creierului / funcției cognitive.

Ce scop funcțional are o coloană corticală?

Caut (sinapse) de modele matematice, conceptuale și științifice. Ce este o teorie de vârf, care sunt dovezile acesteia, etc?


Am lucrat cu teoria conform căreia coloana este unitatea binară implicată în toate procesările corticale și memoria de mai mulți ani. Articolele sunt disponibile pe pagina mea de profil (Robert Moss) la researchgate.net și academia.com. Primul articol a fost publicat în 2006, cu o actualizare în 2012. Am publicat mai multe articole fără evaluare inter pares, mai ușor de înțeles, care sunt, de asemenea, postate pe acele site-uri. Recent a fost publicată o lucrare majoră care explică posibila microcircuitare a coloanelor formate dinamic.


Corpul calos este cel mai mare pachet de fibre din creier, conținând aproape 200 de milioane de axoni. Este compus din tracturi de fibre de substanță albă cunoscute sub numele de fibre comisurale. Este implicat în mai multe funcții ale corpului, inclusiv:

  • Comunicarea între emisferele cerebrale
  • Mișcarea și vederea ochilor
  • Menținerea echilibrului excitării și atenției
  • Localizare tactilă

De la anterior (față) la posterior (spate), corpul calos poate fi împărțit în regiuni cunoscute sub numele de tribună, genu, corp, și spleniu. Rostrul și genu conectează lobii frontali stânga și dreapta ai creierului. Corpul și spleniul leagă emisferele lobilor temporali și emisferele lobilor occipitali.

Corpul calos joacă un rol important în viziune prin combinarea jumătăților separate ale câmpului nostru vizual, care procesează imaginile separat în fiecare emisferă. De asemenea, ne permite să identificăm obiectele pe care le vedem conectând cortexul vizual cu centrele de limbaj ale creierului. În plus, corpul calos transferă informații tactile (prelucrate în lobii parietali) între emisferele creierului pentru a ne permite să localizăm atingerea.


Introducere

Oamenii desfășoară o gamă uimitoare de activități cu diferite grade de complexitate și o fac la o gamă largă de niveluri operaționale. Chiar și în cea mai banală zi, oamenii pregătesc și consumă mese, se angajează în exerciții fizice, planifică activități, socializează cu cunoscuți și prieteni, conduc o mașină și navighează tiparele de trafic, compun mesaje și scrisori, joacă jocuri, își acomodează comportamentul pentru a satisface cerințele de situații sociale informale și formale, visează cu ochii deschiși și gândește-te la calitățile și slăbiciunile lor personale. În zilele mai puțin banale, ei pot crea muzică, pot scrie un eseu sau pot compune o poezie, pot dezvolta o teorie, pot încerca să rezolve un conflict, să se coordoneze cu alte persoane pentru a îndeplini sarcini complexe sau să se joace Pok & # x00E9mon Go. Fiecare dintre aceste activități reprezintă operații care implică funcția creierului, mișcarea, percepția și cunoașterea de ordin superior și multe dintre ele implică, de asemenea, interacțiunea socială și coordonarea cu alte persoane care au propriile agende personale și interpersonale.

Aceste activități și niveluri de funcționare sunt de obicei investigate în funcție de dinamica lor locală, o abordare stabilită a înțelegerii care a dat naștere disciplinei foarte compartimentate a psihologiei. Neuroștiința, judecata și luarea deciziilor și dinamica grupului, de exemplu, abordează fațete foarte diferite ale experienței umane și o fac cu o atenție redusă la posibilele principii care stau la baza acestora, care le oferă integrare. Având în vedere această lipsă de integrare teoretică, scopul nostru în acest articol este de a sugera că diferitele activități și niveluri operaționale care caracterizează experiența umană pot fi înțelese în termenii unui proces comun care are potențialul de a crea un cont unic al funcționării psihologice.

Ideea de bază este că toate nivelurile operaționale ale activității umane, de la funcția creierului la dinamica grupului, reprezintă formarea unități funcționale care rezultă din tendința ca elementele de nivel inferior să realizeze coordonarea și să funcționeze concertat pentru îndeplinirea sarcinilor. Mai precis, propunem ca funcțiile din structurile neuronale, psihologice și sociale să apară prin crearea dinamică a unităților funcționale care sunt stabilite prin asamblarea unui set de elemente de sincronizare de nivel inferior într-o structură coerentă. Această ipoteză își are originea în principiile științei complexității și a sistemelor dinamice neliniare și primește sprijin provizoriu din descoperirile recente din neurofiziologie și din modelele recent dezvoltate în științele psihologice și sociale.


Complex hipotalamus-hipofizar

Glanda pituitară și hipotalamusul sunt strâns legate atât structural, cât și funcțional. Hipotalamusul este o structură importantă a creierului care are atât funcția sistemului nervos, cât și a sistemului endocrin. Acesta servește ca o legătură între cele două sisteme care traduc mesajele sistemului nervos în hormoni endocrini.

Hipofiza posterioară este compusă din axoni care se extind de la neuronii hipotalamusului. Hipofiza posterioară stochează și hormoni hipotalmici. Conexiunile vaselor de sânge dintre hipotalamus și hipofiza anterioară permit hormonilor hipotalamici să controleze producția și secreția de hormoni hipofizari anteriori. Complexul hipotalamus-hipofizar servește la menținerea homeostaziei prin monitorizarea și ajustarea proceselor fiziologice prin secreția hormonală.


Concluzie

V1 este una dintre cele mai bine studiate zone corticale în ceea ce privește relația sa robustă stimul-răspuns. Această propagare cu granulație fină, avansată a lumii vizuale este principala funcție a V1 & # x02019s. Cu toate acestea, dovezi în creștere relevă o relatare mai complexă și mai cuprinzătoare a V1: prin conexiuni intrinseci și de feedback, neuronii V1 sunt, de asemenea, capabili de răspunsuri complexe vizuale (analize de scenă) și non-vizuale (cognitive). O funcție a feedback-ului poate fi de a fixa flexibil & # x0201Setați sistemul & # x0201D în conformitate cu cerințele comportamentale actuale, adică, distribuiți influențele de jos și # x02013 chiar și în primele zone senzoriale. Am evidențiat câteva procese de ordin superior care pot fi citite din V1. În timpul viziunii active, feedback-ul poate transmite inferențe bayesiene ale intrărilor viitoare la V1, pentru a facilita percepția. Feedback-ul poate, de asemenea, să accentueze reprezentarea stimulilor recompensatori în V1. În timpul somnului, V1 ar putea fi implicat în reluarea de ordine superioară a evenimentelor experimentate, pentru consolidarea memoriei. Cu capacități în creștere de a studia creierul la nivel molecular, celular, sistemic, comportamental și cognitiv, se speră că evoluțiile viitoare vor clarifica rolul neuronilor V1 ca răspunsuri adaptive și vor elucida modul în care stările cerebrale interne reglează procesarea senzorială în V1.


Deoarece corticosteroizii sunt medicamente puternice, efectele secundare sunt destul de frecvente. Acestea pot include:

  • pielea subțire
  • creșterea în greutate, în special în jurul feței și creșterea poftei de mâncare
  • glicemie crescută sau diabet zaharat
  • modificări rapide ale dispoziției, senzație de iritare și anxietate
  • o șansă crescută de infecții
  • Sindromul Cushing
  • afecțiuni ale ochilor, cum ar fi glaucom și cataractă
  • depresie sau gânduri suicidare

Sursă:


Justin Gardner

Cum ne creează activitatea neuronală din cortexul uman simțul percepției noastre vizuale? Folosim o combinație de imagistică prin rezonanță magnetică funcțională, modelare și analiză computațională și măsurători psihofizice pentru a lega percepția umană de activitatea creierului cortical.

Cursuri 2020-21


    PSYCH 164 (Spr)
    PSYCH 50 (Win, Sum)
    NEPR 207 (Spr)
    PSYCH 50A (Suma) Studii independente (7)

      NEPR 299 (Aut)
      NEPR 399 (Aut, Win, Spr, Sum)
      PSYCH 275 (Aut, Win, Spr, Sum)
      PSYCH 281 (Spr)
      PSYCH 194 (Spr)
      SYMSYS 190 (Aut, Win, Spr)
      PSYCH 195 (Aut, Win, Spr, Sum)

    Cursuri 2019-20

    Cursuri 2018-19

    Cursuri 2017-18

    Consilieri Stanford

    • Cititor de disertație doctorală (AC)
      Minseung Choi, Corey Fernandez, Dawn Finzi, Arielle Keller, Eshed Margalit, Guy Wilson, tyler bonnen
    • Consilier pentru disertație doctorală (AC)
      Akshay Jagadeesh, Austin Kuo, Minyoung Lee, Joshua Ryu
    • Doctorat (program)
      Minyoung Lee

    Toate publicațiile

    • Optimitate și euristică în neuroștiințe perceptive NEUROȘTIINȚA NATURII Gardner, J. L. 2019 22 (4): 514–23

    Abstract

    Atenția poate îmbunătăți și suprima reprezentările senzoriale corticale. Cu toate acestea, schimbarea reprezentărilor senzoriale poate fi, de asemenea, dăunătoare comportamentului. Consecințele comportamentale pot fi evitate prin schimbarea flexibilă a citirii senzoriale, lăsând în același timp reprezentările neschimbate. Aici, am cerut observatorilor umani să participe și să raporteze una dintre cele două caracteristici care controlează vizibilitatea mișcării în timp ce efectuează măsurători concurente ale activității corticale cu imagini BOLD (fMRI). Extindem un model de legătură bine stabilit pentru a explica relația dintre aceste măsurători și constatăm că modificările reprezentării senzoriale în timpul atenției direcționate sunt insuficiente pentru a explica rapoartele perceptive. Adăugarea unei citiri flexibile în aval este necesară pentru a explica cel mai bine datele noastre. Un astfel de model implică faptul că observatorii ar trebui să poată recupera informații despre caracteristicile ignorate, o predicție pe care o confirmăm comportamental. Astfel, citirea flexibilă este o componentă critică a implementării corticale a comportamentului adaptativ uman.

    Abstract

    Modelele de codificare a canalelor oferă capacitatea de a acoperi diferite scale de măsurare neuronală prin interpretarea răspunsurilor populației, măsurate de obicei cu imagini BOLD la oameni, ca sume liniare de grupuri de neuroni (canale) reglate pentru proprietățile stimulului vizual. Inversarea acestor modele pentru a forma răspunsuri de canal prezise din măsurătorile populației la oameni oferă potențialul de a deduce proprietăți de reglare neuronală. Aici, testăm capacitatea de a face inferențe despre lățimea de reglare neuronală de la modelele de codificare inversată. Am examinat invarianța de contrast a selectivității orientării la V1 uman (ambele sexe) și am constatat că inversarea modelului de codificare a dus la funcții de răspuns de canal care au devenit mai largi cu un contrast mai mic, încălcând astfel aparent invarianța de contrast. Simulările au arătat că această extindere ar putea fi explicată prin reglarea unei singure unități invariante de contrast cu scăderea măsurată a amplitudinii răspunsului la un contrast mai mic. Scăderea răspunsului scade raportul semnal-zgomot al răspunsurilor populației, ceea ce duce la o reprezentare mai slabă a orientării populației. Simulările au arătat în plus că creșterea semnalului la zgomot face ca funcțiile de răspuns ale canalului să fie mai puțin sensibile la lățimea de reglare neuronală subiacentă și, în limita zero, zgomotul va reconstrui funcția de canal asumată de model, indiferent de lățimea de bandă a unităților unice. Concluzionăm că datele noastre sunt în concordanță cu reglarea orientării invariante a contrastului în V1 uman. Mai general, rezultatele noastre demonstrează că măsurile de selectivitate a populației obținute prin codificarea modelelor se pot abate substanțial de la comportamentul unităților unice, deoarece acestea combină lățimea de reglare neuronală și zgomotul și, prin urmare, sunt utilizate mai bine pentru a estima incertitudinea proprietăților stimulului decodificat. a recunoscut că experiența perceptivă apare din populații mari de neuroni, mai degrabă decât din câteva unități unice. Cu toate acestea, multă teorie și experiment au examinat legăturile dintre unitățile unice și percepție. Modelele de codificare oferă o modalitate de a acoperi acest decalaj interpretând în mod explicit activitatea populației ca răspuns agregat al multor neuroni unici cu proprietăți de reglare cunoscute. Aici folosim această abordare pentru a examina reglarea orientării invariante a contrastului V1 uman. Arătăm cu experiment și modelare că, din cauza semnalului mai mic la zgomot, reglarea orientării invariante a contrastului a unităților unice se manifestă în funcțiile de răspuns ale populației care se lărgesc la contrast mai redus, mai degrabă decât să rămână invariante la contrast. Aceste rezultate evidențiază necesitatea modelării cantitative explicite atunci când se face o inferență inversă de la profilurile de răspuns ale populației la răspunsurile cu o singură unitate.

    Abstract

    Viziunea umană combină intrările de la cei doi ochi într-un percept. Diferențele mici „fuzionează” împreună, în timp ce diferențele mai mari sunt văzute „rival” de la un ochi la altul. Aceste rezultate sunt de obicei tratate ca procese care se exclud reciproc, cu paradigme care vizează unul sau altul, iar fuziunea nu este raportată în majoritatea studiilor de rivalitate. Este fuziunea cu adevărat o stare implicită, stabilă, care intră doar în rivalitate pentru stimuli nefuzibili? Sau percepțiile monoculare și condensate sunt trei sub-stări ale unui sistem dinamic? Pentru a determina dacă fuziunea și rivalitatea sunt procese separate, am măsurat percepția umană asupra plasturilor Gabor cu o serie de disparități de orientare interoculară. Observatorii (10 femei, 5 bărbați) au raportat percepții rivale, contopite și incerte în timp. Am găsit o zonă dinamică „tristabilă” care se întinde de la 25 la 35 de grade de diferență de orientare în care ar putea să apară toate percepțiile dominante fuzionate, cu ochiul stâng sau drept. Caracteristicile temporale ale perioadelor de fuziune și non-fuziune în timpul tristabilității s-au potrivit cu alte procese bistabile. Am testat modele statistice cu fuziune ca un proces bistabil la nivel superior, alternând cu rivalitatea cu descoperirile noastre. Niciuna dintre acestea nu se potrivește cu datele noastre, dar un simplu model bistabil extins la trei stări a reprodus multe dintre observațiile noastre. Concluzionăm că rivalitatea și fuziunea sunt sub-stări multistabile capabile de concurență directă, mai degrabă decât procese bistabile separate. DECLARAȚIE DE INSEMNIFICARE Când intrările în cei doi ochi diferă, ele se pot fuziona împreună sau se pot angaja în rivalitate binoculară, unde viziunea fiecărui ochi este privită exclusiv în întoarce. Stimulii vizuali au fost deseori adaptați pentru a produce fie fuziune, fie rivalitate, tratându-i implicit ca procese de percepție separate care se exclud reciproc. Am constatat că unii stimuli similari, dar diferiți, pot avea ca rezultat ambele rezultate în timp. Compararea diferitelor modele simple cu rezultatele noastre sugerează că rivalitatea și fuziunea nu sunt procese independente, ci concurează într-un singur sistem multistabil. Această schimbare conceptuală este un pas către unirea fuziunii și rivalității și înțelegerea modului în care ambele contribuie la producerea sistemului vizual de o interpretare unificată a imaginilor conflictuale aruncate pe retină de scene din lumea reală.

    Abstract

    Semnalele sociale joacă roluri puternice în modelarea evaluării recompenselor orientate spre sine și a luării deciziilor. Aceste semnale activează domeniile sociale și de evaluare / decizie, dar calculul de bază pentru integrarea lor în mecanismul de decizie auto-orientat rămâne neclar. Aici, studiem modul în care un semnal social fundamental - valoarea socială (valoarea recompensei altora) - este convertită în luarea deciziilor auto-orientate în creierul uman. Folosind analiza comportamentală, modelarea și neuroimaginea, arătăm procesarea în trei etape a conversiei valorii sociale de la ofertă la valoarea efectivă și apoi la valoarea finală a deciziei. În primul rând, o valoare a bonusului oferit de alții, numită valoare oferită, a fost codificată în mod unic în joncțiunea temporoparietală dreaptă (rTPJ) și, de asemenea, în cortexul prefrontal dorsolateral stâng (ldlPFC), care este activat în mod obișnuit de valoarea oferită de auto-bonus. Valoarea efectivă, o valoare intermediară reprezentând influența efectivă a ofertei asupra deciziei, a fost reprezentată în insula anterioară dreaptă (rAI), iar valoarea finală a deciziei a fost codificată în cortexul prefrontal medial (mPFC). În al doilea rând, folosind interacțiuni psihofiziologice (PPI) și analize de modelare cauzală dinamică (DCM), am demonstrat procesarea avansului în trei etape de la rTPJ și ldPFC ​​la rAI și apoi de la rAI la mPFC. Mai mult, am arătat că aceste caracteristici ale conversiei sociale stau la baza fenotipurilor socio-comportamentale distincte. Demonstrăm că variabilitatea conversiei stă la baza diferenței dintre subiecții prosociali și egoiști, așa cum se vede din puterea diferențială a cuplării rAI și ldlPFC la răspunsurile mPFC, respectiv. Împreună, aceste descoperiri au identificat procese fundamentale de calcul neuronal pentru conversia valorii sociale care stau la baza comportamentelor sociale complexe de luare a deciziilor. Aceste influențe sociale modulează semnale de evaluare și decizie în creier, sugerând un proces fundamental numit conversie de valoare care traduce informațiile sociale în decizii auto-referențiate. Cu toate acestea, se știe puțin despre procesul de conversie și despre mecanismele creierului care stau la baza acestuia. Am investigat conversia valorii utilizând RMN uman cu modelare computerizată și am găsit trei etape esențiale într-un circuit progresiv al creierului de la zonele sociale la cele empatice și de decizie. Interesant este că mecanismul creierului de conversie a diferit între subiecții prosociali și individualiști. Aceste descoperiri dezvăluie modul în care creierul procesează și îmbină informațiile sociale în fluxul elementar de luare a deciziilor interesate de sine.

    Abstract

    Probarea modului în care populațiile mari de neuroni reprezintă stimuli este esențială pentru înțelegerea reprezentărilor senzoriale, deoarece multe caracteristici ale stimulului pot fi deslușite doar din activitatea populației și nu din unitățile individuale individuale. Recent, modelele de codificare inversate au fost folosite pentru a produce funcții de răspuns ale canalelor din măsurători la scară spațială mari ale activității creierului uman, care amintesc de funcțiile de reglare cu o singură unitate și au fost propuse pentru a analiza „reprezentările stimulului la nivel de populație” (Sprague et al. , 2018a). Cu toate acestea, aceste funcții de răspuns de canal nu testează reglarea populației. Arătăm prin derivare că funcția de răspuns a canalului este determinată numai până la o transformare liniară inversabilă. Astfel, aceste funcții de răspuns de canal sunt arbitrare, una dintr-o familie infinită și, prin urmare, nu o descriere unică a reprezentării populației. Într-adevăr, simulările demonstrează că funcțiile bazate pe canale bimodale, chiar aleatorii, pot explica perfect răspunsurile populației fără unități de răspuns neuronal subiacente care sunt atât de reglate. Cu toate acestea, abordarea poate fi recuperată prin extinderea acesteia pentru a reconstrui stimulul, nu modelul presupus. Arătăm că atunci când se face acest lucru, chiar și folosind funcțiile bazate pe canalul bimodal și aleatoriu, se recuperează o funcție unimodală care atinge valoarea corespunzătoare a stimulului, care poate fi interpretată ca o măsură a selectivității populației. Mai exact, funcția recuperată semnifică cât de probabilă este orice valoare a stimulului, având în vedere răspunsul populației observat. Dacă o analiză recuperează răspunsurile ipotetice ale unui model arbitrar, mai degrabă decât evaluarea selectivității reprezentărilor populației, nu este o problemă unică pentru modelul de codificare inversat și pentru neuroștiința umană, ci o problemă generală care trebuie confruntată, deoarece analizele mai complexe intervin între măsurarea activitatea populației și prezentarea datelor.

    Abstract

    În ciuda utilizării centrale a vizibilității mișcării pentru a dezvălui baza neuronală a percepției, luarea deciziilor perceptive și inferența senzorială, nu există un cadru cantitativ cuprinzător care să stabilească modul în care parametrii vizibilității mișcării modulează răspunsul cortical uman.Stimulii de mișcare cu puncte aleatorii pot fi mai puțin vizibili prin reducerea contrastului imaginii sau a coerenței mișcării sau prin scurtarea duratei stimulului. Deoarece fiecare dintre aceste manipulări modulează forța răspunsurilor neuronale senzoriale, toate au fost utilizate pe scară largă pentru a dezvălui fenomene cognitive și alte fenomene nesenzoriale, cum ar fi influența priorilor, atenția și părtinirile alegerii-istorie. Cu toate acestea, se crede că fiecare dintre aceste manipulări influențează răspunsul în moduri diferite în diferite regiuni corticale și este necesar un studiu cuprinzător pentru a interpreta această literatură. Aici, participanții umani au observat stimuli cu puncte aleatorii care variază pe o gamă largă de durate de contrast, coerență și stimul, pe măsură ce am măsurat răspunsurile dependente de nivelul de oxigen din sânge. Am dezvoltat un cadru pentru modelarea acestor răspunsuri, care cuantifică forma funcțională și sensibilitatea lor între domenii. Cadrul nostru demonstrează sensibilitatea tuturor zonelor vizuale la fiecare parametru, cu zonele vizuale timpurii V1-V4 care arată o sensibilitate parametrică mai mare la schimbările în contrast și V3A și MT la coerență. Rezultatele noastre sugerează că, în timp ce contrastul mișcării, coerența și durata împărtășesc reprezentarea corticală, acestea sunt codificate cu forme funcționale distincte și sensibilitate. Astfel, cadrul nostru cantitativ servește drept referință pentru interpretarea vastei literaturi perceptive care manipulează acești parametri și arată că diferite manipulări ale vizibilității vor avea efecte diferite în cortexul vizual uman și trebuie interpretate în consecință.

    Abstract

    Ce mecanisme corticale permit oamenilor să discearnă cu ușurință expresia sau identitatea unei fețe? Subiecții au detectat modificări în exprimarea sau identitatea unui flux de fețe dinamice în timp ce am măsurat răspunsurile BOLD din zone definite topografic și funcțional în întreaga ierarhie vizuală. Răspunsurile în zonele dorsale au crescut în timpul sarcinii de exprimare, în timp ce răspunsurile în zonele ventrale au crescut în timpul sarcinii de identitate, în concordanță cu studiile anterioare. Similar zonelor ventrale, zonele vizuale timpurii au arătat o activitate crescută în timpul sarcinii de identitate. Dacă răspunsurile vizuale sunt ponderate de mecanisme perceptive în funcție de amploarea lor, aceste răspunsuri crescute ar duce la o selecție atențională îmbunătățită a aspectului facial adecvat sarcinii. Alternativ, răspunsurile crescute ar putea fi semnătura unui mecanism de îmbunătățire a sensibilității care îmbunătățește reprezentările aspectului facial asistat. În concordanță cu ultimul mecanism de îmbunătățire a sensibilității, participarea la expresie a condus la o decodificare îmbunătățită a exemplelor de expresie atât în ​​zonele vizuale timpurii, cât și în zonele dorsale în raport cu participarea la identitate. În mod similar, decodarea exemplelor de identitate atunci când se ocupă de identitate a fost îmbunătățită în zonele dorsale și ventrale. Concluzionăm că participarea la exprimarea sau identitatea fețelor dinamice este asociată cu o selectivitate crescută în reprezentări compatibile cu îmbunătățirea sensibilității.

    Abstract

    Atunci când faceți alegeri în condiții de incertitudine perceptivă, experiența din trecut poate juca un rol vital. Cu toate acestea, poate duce și la prejudecăți care agravează deciziile. În concordanță cu observațiile anterioare, am constatat că alegerile umane sunt influențate de succesul sau eșecul alegerilor din trecut chiar și într-o sarcină standard de detectare cu două alternative, unde istoricul alegerilor este irelevant. Biasul tipic a fost unul care a făcut alegerea subiectului de comutare după un eșec. Aceste prejudecăți ale istoriei alegerilor au condus la performanțe mai slabe și au fost similare pentru observatorii din diferite țări. Au fost bine surprinși de un simplu model de regresie logistică care fusese anterior aplicat pentru a descrie performanța psihofizică la șoareci. Astfel de prejudecăți iraționale par în contradicție cu principiile învățării prin întărire, care ar prezice o adaptabilitate rafinată la istoria alegerilor. Prin urmare, am întrebat dacă subiecții își pot adapta prejudecățile iraționale în urma modificărilor statisticilor de ordine de probă. Adaptabilitatea a fost puternică în direcția care a confirmat prejudecățile implicite ale unui subiect, dar mai slabă în direcția opusă, astfel încât prejudecățile existente nu au putut fi eradicate. Concluzionăm că oamenii pot adapta prejudecățile istoriei alegerilor, dar nu pot depăși cu ușurință prejudecățile existente, chiar dacă sunt iraționale în contextul actual: adaptarea este mai sensibilă la statisticile de confirmare decât la cele contradictorii.

    Abstract

    Poate creierul uman însuși să servească drept model pentru o abordare a neuroștiinței sistemelor pentru a înțelege creierul uman? La urma urmei, modul în care creierul este capabil să creeze bogăția și complexitatea comportamentului uman este încă în mare parte misterios. Ce alegere mai bună pentru a studia această complexitate decât a o studia la oameni? Cu toate acestea, măsurătorile activității creierului trebuie făcute în mod neinvaziv, ceea ce pune constrângeri severe asupra a ceea ce se poate învăța despre funcționarea internă a creierului. Abordarea noastră a fost de a utiliza o combinație de psihofizică în care putem folosi flexibilitatea comportamentală a omului pentru a face măsurători cantitative ale comportamentului și a le lega prin modele de calcul de măsurători ale activității corticale prin imagistica prin rezonanță magnetică. În special, am testat diferite ipoteze de calcul despre mecanismele neuronale care ar putea explica îmbunătățirea comportamentului cu atenție spațială (Pestilli și colab., 2011). Bazându-ne atât pe măsurători cantitative, cât și pe considerații despre ceea ce se știe prin intermediul modelelor animale, am concluzionat că ponderarea semnalelor senzoriale prin amploarea răspunsului lor este un mecanism neuronal pentru selectarea eficientă a semnalelor senzoriale și îmbunătățirea consecventă a performanței comportamentale cu atenție. În timp ce modelele animale au multe avantaje tehnice față de studierea creierului la oameni, credem că neuroștiințele sistemelor umane ar trebui să depună eforturi pentru a valida, replica și extinde cunoștințele de bază învățate din sistemele de modele animale și astfel să formeze o punte către înțelegerea modului în care creierul creează complexul și bogatul capacitățile cognitive ale oamenilor.

    Abstract

    Informațiile anterioare despre relevanța locațiilor spațiale pot varia în specificitate, o singură locație, un subset de locații sau toate locațiile pot avea o importanță potențială. Folosind o sarcină de discriminare a contrastului cu patru ținte posibile, am întrebat dacă beneficiile de performanță sunt gradate cu specificitatea spațială a unui indiciu anterior și dacă am putea explica cantitativ performanța comportamentală cu modificări ale activității corticale măsurate prin imagistica dependentă de nivelul de oxigenare din sânge (BOLD) . Astfel, am schimbat probabilitatea anterioară ca fiecare locație să conțină ținta de la 100 la 50 până la 25%, indicând în avans 1, 2 sau 4 din locațiile posibile. Am constatat că performanța comportamentală (pragurile de discriminare) s-a îmbunătățit într-un mod gradat cu specificitate spațială. Cu toate acestea, răspunsurile corticale măsurate simultan din zonele vizuale definite retinotop nu au fost strict gradate, mărimea răspunsului a scăzut atunci când toate cele 4 locații au fost indicate (25% probabilitate anterioară) în raport cu condițiile de probabilitate anterioare de 100 și 50%, dar nu s-a găsit nicio diferență semnificativă în mărimea răspunsului între condițiile de probabilitate anterioară de 100 și 50%, fie pentru locațiile cued, fie pentru cele nedescoperite. De asemenea, deși locațiile de semnalizare au crescut răspunsurile în raport cu non-semnalul, această sensibilitate a semnalului nu a fost evaluată cu probabilitate anterioară. Mai mult, sensibilitatea la contrast a răspunsurilor corticale, care ar putea îmbunătăți performanța de discriminare a contrastului, nu a fost gradată. În schimb, un model de selecție eficientă a arătat că, chiar dacă răspunsurile senzoriale nu se escaladează strict cu o probabilitate anterioară, selecția răspunsurilor senzoriale prin ponderarea mai multor răspunsuri poate duce la beneficii gradate ale performanței comportamentale, cu creșterea specificității spațiale a informațiilor anterioare.

    Abstract

    Măsurătorile cu o singură unitate au raportat multe efecte diferite ale atenției asupra contrastului-răspuns (de exemplu, contrast-câștig, răspuns-câștig, aditiv-compensare în funcție de vizibilitate), în timp ce măsurătorile de imagini funcționale au raportat mai uniform creșteri ale răspunsului la toate contrastele (aditiv -decalaj). Modelul de normalizare a atenției prezice elegant diversitatea efectelor atenției raportate în unități unice bine acordate stimulului, dar ce predicții face pentru populații mai realiste de neuroni cu reglare eterogenă? Previziunile sunt în conformitate cu măsurătorile la scara populației? Am utilizat date funcționale de imagistică de la oameni pentru a determina un raport realist între câmpul de atenție și dimensiunea stimulului (un parametru cheie pentru model) și am prezis efectele atenției într-o populație de neuroni model cu reglare eterogenă. Am constatat că în cadrul populației, neuronii bine reglați la stimul au arătat un efect de răspuns-câștig, în timp ce neuronii mai puțin bine reglați au arătat un efect de câștig de contrast. Mediat la nivelul populației, aceste efecte disparate ale atenției au dat naștere unor compensări aditive în contrast-răspuns, similar cu rapoartele din imagistica funcțională umană, precum și cu mediile populației de unități unice. Diferențele în predicții pentru unități unice și populații au fost observate într-o gamă largă de parametri ai modelului (raporturile dintre câmpul de atenție și dimensiunea stimulatorului și cantitatea de răspuns de bază modificabilă prin atenție), oferind o explicație a disparității în rapoartele fiziologice. Astfel, luând în considerare eterogenitatea în reglarea populațiilor neuronale realiste, modelul de normalizare a atenției nu numai că poate prezice răspunsurile neuronilor bine reglați, ci și activitatea populațiilor mari de neuroni. Mai general, modelele de calcul pot unifica descoperirile fiziologice pe diferite scale de măsurare și pot crea legături cu comportamentul, dar numai dacă sunt luați în considerare în mod corespunzător factori precum reglarea eterogenă dintr-o populație.

    Abstract

    Percepția senzorială umană nu este o reproducere fidelă a mediului senzorial. De exemplu, la un contrast scăzut, obiectele par să se miște mai lent și să pâlpâie mai repede decât veridic. Deși aceste prejudecăți au fost observate în mod robust, fundamentarea lor neuronală este necunoscută, sugerând astfel o posibilă deconectare a legăturii bine stabilite dintre percepția mișcării și răspunsurile corticale. Am folosit imagistica funcțională pentru a examina codificarea vitezei în cortexul uman la scara populațiilor neuronale și am întrebat unde și cum sunt codate aceste prejudecăți. Analizele de decodare, populație de voxel și codare directă au arătat tendințe față de viteze lente și frecvențe temporale ridicate la contrast scăzut în primele regiuni corticale vizuale, potrivind percepția. Aceste descoperiri oferă astfel o rezoluție la deconectarea dintre răspunsurile corticale și percepția mișcării la oameni. Mai mult, părtinirile în percepția vitezei sunt considerate un exemplu principal de inferență bayesiană, deoarece pot fi interpretate ca o prioritate pentru viteze lente. Prin urmare, datele noastre sugerează că priorele perceptive de acest tip pot fi codificate de populațiile neuronale din aceleași zone corticale timpurii care oferă dovezi senzoriale.

    Abstract

    Cum creierul nostru detectează schimbările dintr-o scenă naturală? În timp ce modificările prin creșteri ale atributelor vizuale specifice, cum ar fi contrastul sau coerența mișcării, pot fi semnalate de o creștere a activității neuronale în zonele vizuale timpurii, cum ar fi cortexul vizual primar (V1) sau respectiv complexul temporal mediu uman (hMT +), mecanismele de semnalizare a modificărilor rezultate din scăderile unui atribut de stimulare sunt în mare parte necunoscute. Am descoperit modele opuse de răspunsuri corticale la schimbările în coerența mișcării: spre deosebire de zonele hMT +, V3A și complexul parieto-occipital (V6 +) care răspund la modificările nivelului de coerență a mișcării monoton, zonele umane V4 (hV4), V3B și ventrală occipitalul răspunde întotdeauna pozitiv atât la creșteri tranzitorii, cât și la scăderi. Acest tipar de a răspunde întotdeauna pozitiv la schimbările de stimul poate apărea în prezența fie a populațiilor de neuroni selectivi pentru coerență, fie a neuronilor care nu sunt reglați la coerențe particulare, dar se adaptează la un anumit nivel de coerență într-un mod selectiv stimul. Descoperirile noastre oferă dovezi că aceste zone posedă proprietăți fiziologice adecvate pentru semnalizarea creșterilor și scăderilor într-un stimul și pot forma o parte a sistemului de vigilență corticală pentru detectarea modificărilor saliente din mediu.

    Abstract

    Celulele din cortexul vizual timpuriu al animalului sunt sensibile la orientările conturului și formează structuri repetate cunoscute sub numele de coloane de orientare. La nivel de comportament, există 2 părtiniri globale bine cunoscute în percepția orientării (efect oblic și părtinire radială) atât la animale, cât și la oameni. Cu toate acestea, bazele lor neuronale sunt încă în dezbatere. Pentru a dezvălui modul în care se realizează aceste prejudecăți comportamentale în cortexul vizual timpuriu, am realizat experimente de imagistică prin rezonanță magnetică funcțională de înaltă rezoluție cu o nouă paradigmă de stimulare continuă și periodică. Prin inserarea perioadelor de recuperare de repaus între perioadele succesive de stimulare și introducerea unei perechi de condiții de stimulare ortogonală care difereau cu 90 ° continuu, ne-am concentrat pe analiza unui răspuns dependent de nivelul oxigenării din sânge modulat de schimbarea orientării stimulului și preferințele de orientare extrase în mod fiabil ale voxelilor unici . Am constatat că există mai mulți voxeli care preferă orientările orizontale și verticale, un substrat fiziologic care stă la baza efectului oblic și că aceste supra-reprezentări ale orientărilor orizontale și verticale sunt predominante în regiunile corticale în apropierea reprezentărilor orizontale și verticale meridiane, fenomen legat de prejudecata radială. Comportamental, am confirmat, de asemenea, că există superioritate perceptivă pentru orientările orizontale și verticale în jurul meridianelor orizontale și, respectiv, verticale. Rezultatele noastre, astfel, au rafinat mecanismele neuronale ale acestor 2 prejudecăți globale în percepția orientării.

    Abstract

    Pentru a localiza obiecte vizuale, creierul combină informații despre localizarea retinei și direcția privirii. Studiile efectuate pe maimuțe au demonstrat că poziția ochiului modulează câștigul semnalelor vizuale cu „câmpuri de câștig”, astfel încât neuronii unici reprezintă atât locația retinotopică, cât și poziția ochiului. Am dorit să știm dacă poziția ochilor și locația stimulului retinotopic sunt ambele reprezentate în cortexul vizual uman. Folosind imagistica prin rezonanță magnetică funcțională, am măsurat separat pentru fiecare dintre diferitele poziții ale privirii răspunsuri corticale la stimuli care variau periodic în locusul retinei. Răspunsurile evocate vizual au fost periodice în urma stimulării retinotopice periodice. Doar amplitudinile de răspuns depindeau de poziția ochilor fazele de răspuns nu erau de distins între pozițiile ochilor. Am folosit analiza modelului multivoxel pentru a decoda poziția ochilor din modelul spațial al amplitudinilor de răspuns. Decodificatorul a discriminat în mod fiabil poziția ochiului în cinci dintre zonele corticale vizuale timpurii, profitând de o modulație a activității corticale dependentă de poziția ochiului, eterogenă din punct de vedere spațial. Concluzionăm că răspunsurile în zonele corticale vizuale organizate retinotopic sunt modulate de câmpuri de câștig calitativ similare cu cele observate anterior neurofiziologic.

    Abstract

    O provocare fundamentală în cunoașterea socială este modul în care oamenii învață valorile altei persoane pentru a-și prezice comportamentul decizional. Se presupune că această formă de învățare necesită simularea celuilalt prin recrutarea directă a propriului proces de evaluare pentru a modela procesul celuilalt. Cu toate acestea, mecanismul cognitiv și neuronal al învățării prin simulare nu este cunoscut. Folosind comportamentul, modelarea și fMRI, arătăm că simularea implică două semnale de învățare într-un aranjament ierarhic. O eroare de predicție a recompensei unui alt simulat procesată în simularea mediată de cortexul prefrontal ventromedial prin recrutare directă, fiind identică pentru evaluarea sinelui și a celuilalt simulat. Cu toate acestea, recrutarea directă a fost insuficientă pentru învățare și, de asemenea, a necesitat observarea alegerilor celuilalt pentru a genera o eroare de predicție a acțiunii simulate de celălalt codificată în cortexul prefrontal dorsomedial / dorsolateral. Aceste descoperiri arată că simularea utilizează un circuit prefrontal central pentru modelarea evaluării celuilalt pentru a genera predicție și un circuit adjuvant pentru urmărirea variației comportamentale pentru a rafina predicția.

    Abstract

    Procesele de calcul prin care atenția îmbunătățește performanța comportamentală au fost caracterizate prin măsurarea activității corticale vizuale cu imagistica prin rezonanță magnetică funcțională, deoarece oamenii au efectuat o sarcină de discriminare a contrastului cu o atenție focală și distribuită. Atenția focală a dus la îmbunătățiri solide ale performanței comportamentale însoțite de creșteri ale răspunsurilor corticale. Analiza cantitativă a relevat că, dacă performanța ar fi limitată doar de sensibilitatea semnalelor senzoriale măsurate, îmbunătățirile performanței comportamentale ar fi corespuns unei reduceri nerealiste de mari a variabilității răspunsului. În schimb, performanța comportamentală a fost bine caracterizată printr-un proces de colectare și selecție pentru care cele mai mari răspunsuri senzoriale, cele mai puternic modulate de atenție, au dominat decizia perceptivă. Această caracterizare prezice că distractorii cu contrast ridicat care evocă răspunsuri mari ar trebui să aibă un impact negativ asupra performanței comportamentale. Am testat și confirmat această predicție. Concluzionăm că atenția a îmbunătățit performanța comportamentală în principal, permițând selectarea eficientă a semnalelor senzoriale relevante din punct de vedere comportamental.

    Abstract

    Omul poate aborda flexibil o varietate de dimensiuni ale stimulului, inclusiv locația spațială și diverse caracteristici, cum ar fi culoarea și direcția de mișcare. Deși sa presupus că locusul atenției spațiale este reprezentat de hărți prioritare codificate în mai multe zone frontale și parietale dorsale, nu se știe cum creierul reprezintă trăsăturile asistate. Aici am examinat distribuția și organizarea semnalelor neuronale legate de desfășurarea atenției bazate pe caracteristici. Subiecții au văzut un stimul compus care conținea două direcții de mișcare suprapuse (sau culori) și au fost instruiți să efectueze o sarcină care necesită atenție pe una dintre direcții (sau culori). Am găsit un răspuns de imagistică prin rezonanță magnetică funcțională ridicat și susținut pentru sarcina de atenție în comparație cu o stare neutră, fără diferențe fiabile în amplitudinea răspunsului general între participarea la diferite caracteristici. Cu toate acestea, folosind analiza modelului multivoxel, am reușit să decodăm caracteristica asistată atât în ​​zonele vizuale timpurii (cortexul vizual primar la complexul de mișcare umană hMT +) cât și în zonele frontale și parietale (de exemplu, zonele de sul intraparietal IPS1-IPS4 și câmpurile oculare frontale) care sunt asociate în mod obișnuit cu atenția spațială. Mai mult, analiza hărților de greutate a clasificatorului a arătat că participarea la mișcare și culoare a evocat diferite modele de activitate, sugerând că sunt recrutate diferite subpopulații neuronale din aceste regiuni pentru a respecta diferite dimensiuni ale caracteristicilor. Astfel, descoperirea noastră sugerează că, mai degrabă decât o reprezentare pur spațială a priorității, zonele corticale frontale și parietale conțin, de asemenea, semnale multiplexate legate de prioritatea diferitelor caracteristici nespatiale.

    Abstract

    Vasculatura corticală este un sistem bine structurat și organizat, dar nu se cunoaște măsura în care este organizată în raport cu arhitectura funcțională neuronală.În special, vasculatura urmează aceeași organizare funcțională ca și coloanele corticale? În principiu, coloanele corticale care împărtășesc reglarea caracteristicilor stimulului, cum ar fi orientarea, pot fi deseori active împreună și necesită astfel oxigen și nutrienți metabolici împreună. În cazul în care vasculatura corticală este construită pentru a satisface aceste nevoi, poate avea tendința de a agrega și amplifica semnale specifice orientării și de a explica de ce acestea sunt disponibile în date fMRI la rezoluție foarte mică.

    Abstract

    Activitatea corticală a fost măsurată cu imagistică prin rezonanță magnetică funcțională pentru a testa implicarea sulcusului precentral superior (incluzând câmpurile oculare frontale umane putative, FEF) și sulculus intraparietal (IPS) în memoria vizuală pe termen scurt și atenția vizuală. În două sarcini experimentale, subiecții umani au văzut doi stimuli vizuali separați de o perioadă de întârziere variabilă. Sarcinile au cerut diferențial memoria și atenția pe termen scurt, dar stimulii au fost identici vizual până după perioada de întârziere. Un studiu anterior (S. Offen, D. Schluppeck și D. J. Heeger, 2009) a găsit o disociere în cortexul vizual timpuriu care sugerează diferite mecanisme de calcul care stau la baza celor două procese. În contrast, rezultatele raportate aici arată că tiparele de activare în cortexul prefrontal și parietal au fost diferite între ele, dar au fost similare pentru cele două sarcini. În special, FEF a arătat dovezi ale activității perioadei de întârziere susținută atât pentru memoria de lucru, cât și pentru sarcina de atenție, în timp ce IPS nu a prezentat dovezi pentru activitatea perioadei de întârziere susținută pentru niciuna dintre sarcini. Rezultatele implică roluri diferențiale pentru FEF și IPS în aceste sarcini, rezultatele sugerând, de asemenea, că feedback-ul activității susținute de la cortexul frontal la cortexul vizual ar putea fi gated de cerințele sarcinii.

    Abstract

    Cât de asemănătoare sunt reprezentările mișcărilor executate și observate ale mâinilor în creierul uman? Am folosit imagistica prin rezonanță magnetică funcțională (RMN) și analiza de clasificare a modelelor multivariate pentru a compara distribuțiile spațiale ale activității corticale ca răspuns la mai multe mișcări observate și executate. Subiecții au jucat jocul rock-hârtie-foarfecă împotriva unui adversar înregistrat video, alegându-și liber mișcarea la fiecare proces și observând mișcarea mâinii adversarului după o scurtă întârziere. Identitățile mișcărilor executate au fost clasificate corect din răspunsurile fMRI în mai multe zone ale cortexului motor, mișcările observate au fost clasificate din răspunsurile din cortexul vizual și ambele mișcări observate și executate au fost clasificate din răspunsurile fie în sulul intraparietal anterior stâng sau drept (aIPS). Interpretăm clasificarea de mai sus ca dovadă pentru modele reproductibile, distribuite de activitate corticală, care erau unice pentru executarea și / sau observarea fiecărei mișcări. Răspunsurile din aIPS au permis clasificarea precisă a identității mișcării în cadrul fiecărei modalități (vizuale sau motorii), dar nu au permis o clasificare precisă între modalități (adică decodarea mișcărilor observate dintr-un clasificator instruit asupra mișcărilor executate și invers). Aceste rezultate susțin teorii cu privire la rolul central al AIPS în percepția și executarea mișcărilor. Cu toate acestea, modelul spațial de activitate pentru o anumită mișcare observată a fost distinct diferit de cel pentru aceeași mișcare atunci când a fost executat, sugerând că mișcările observate și executate sunt reprezentate în cea mai mare parte de subpopulații distincte de neuroni în AIPS.

    Abstract

    Experimentăm lumea vizuală ca fiind invariantă fenomenal față de poziția ochilor, dar aproape toate hărțile corticale ale spațiului vizual la maimuțe utilizează un cadru de referință retinotopic, adică reprezentarea corticală a unui punct din lumea vizuală este diferită între pozițiile ochilor. S-a raportat recent că zona corticală umană MT (spre deosebire de maimuța MT) reprezintă stimuli într-un cadru de referință legat de poziția stimulilor în spațiu, un cadru de referință „spatiotopic”. Am folosit cartografierea vizuotopică cu semnale de imagistică prin rezonanță magnetică funcțională dependentă de nivelul oxigenului din sânge pentru a defini 12 zone corticale vizuale umane și apoi am stabilit dacă cadrul de referință din fiecare zonă a fost spatiotopic sau retinotopic. Am constatat că toate cele 12 zone, inclusiv MT, au reprezentat stimuli într-un cadru de referință retinotopic. Deși au existat patch-uri de cortex în și în jurul acestor zone vizuale care au fost aparent spatiotopice, niciunul dintre aceste patch-uri nu a prezentat răspunsuri fiabile provocate de stimul. Concluzionăm că zonele corticale vizuale timpurii, organizate vizuotopic din creierul uman (ca și omologii lor din creierul maimuței) reprezintă stimuli într-un cadru de referință retinotopic.

    Abstract

    Deși neuronii corticali cu proprietăți funcționale similare se adună adesea într-o organizație coloană, doar coloanele de dominanță oculară, structura coloană reprezentând intrare anatomică segregată (de la unul dintre cei doi ochi), au fost găsite în cortexul vizual primar uman (V1). Nu a fost încă demonstrat dacă alte organizații coloane care apar doar din răspunsuri diferențiale la proprietățile stimulului există și în V1 uman. Folosind imagistica prin rezonanță magnetică funcțională de înaltă rezoluție, am găsit o astfel de arhitectură funcțională care conține domenii care răspund preferențial la frecvența temporală scăzută sau ridicată.

    Abstract

    Sistemul vizual uman poate distinge variațiile contrastului imaginii într-un interval mult mai mare decât ar sugera măsurătorile relației statice dintre contrast și răspuns în cortexul vizual. Această discrepanță poate fi explicată dacă adaptarea servește la recentrarea funcțiilor de răspuns la contrast în jurul contrastului ambiental, totuși experimentele pe oameni nu au raportat încă un astfel de efect. Folosind fMRI legat de evenimente și o abordare de analiză bazată pe date, am constatat că funcțiile de răspuns de contrast în V1, V2 și V3 se deplasează la aproximativ centru pe contrastul de adaptare. Mai mult, am descoperit că, spre deosebire de zonele anterioare, V4 (hV4) uman răspunde pozitiv la schimbările de contrast, indiferent dacă sunt incremente sau scăderi, sugerând că hV4 nu reprezintă fidel contrastul, ci în schimb răspunde la schimbări evidente. Aceste descoperiri sugerează că reducerea sistemului vizual încetinește schimbările neinformative în contrast cu adaptarea, dar rămâne extrem de sensibilă la schimbările care pot semnala evenimente importante din mediu.

    Abstract

    Atât sistemele perceptive, cât și cele motorii trebuie să decodeze informațiile vizuale din activitatea distribuită a populațiilor mari de neuroni corticali. Am căutat un cadru comun pentru înțelegerea strategiilor de decodare pentru mișcare și percepție vizuală, întrebându-ne dacă efectele puternice ale mișcării observate în domeniul perceptiv duc la expresii similare în ieșirea motorie. Am descoperit că adaptarea mișcării are într-adevăr sechele puternice în direcția și viteza mișcărilor de urmărire lină ale ochilor. După adaptare cu un stimul care se mișcă într-o direcție dată timp de 7 secunde, direcția de urmărire este respinsă din direcția țintelor de urmărire care se deplasează la 90 de grade de direcția de adaptare. Viteza de urmărire scade pentru țintele care se deplasează la direcția și viteza stimulului de adaptare și este respinsă de la viteza de adaptare în sensul că scăderea devine mai mare sau mai mică (în cele din urmă se transformă într-o creștere) atunci când urmărirea țintelor se mișcă mai lent sau mai repede decât viteza de adaptare. Efectele adaptării sunt specifice din punct de vedere spațial și fixate la locația retiniană a stimulului de adaptare. Mărimea adaptării vitezei și direcției de urmărire este necorelată, sugerând că cei doi parametri sunt decodificați independent. Simularea computerizată a adaptării mișcării în zona vizuală temporală mijlocie (MT) arată că decodarea vectorială a răspunsului populației în MT poate explica efectele adaptării asupra direcției de urmărire. Rezultatele noastre sugerează un cadru unic de gândire, în ceea ce privește decodarea populației, despre adaptarea mișcării atât pentru percepție, cât și pentru acțiune.

    Abstract

    Omul prezintă o anizotropie în percepția direcției: discriminarea este superioară atunci când mișcarea este în jurul axelor orizontale sau verticale, mai degrabă decât a axelor diagonale. Spre deosebire de anizotropia direcțională consistentă în percepție, am găsit doar mici anisotropii idiosincratice în mișcări fine ale ochilor, o acțiune motorie care necesită o discriminare exactă a direcției vizuale a mișcării. Atât urmărirea, cât și discriminarea de direcție perceptivă se bazează pe semnale din zona vizuală temporală medie (MT), totuși analiza mai multor măsuri ale răspunsurilor neuronale MT în macac nu a reușit să ofere dovezi ale unei anizotropii direcționale. Concluzionăm că MT reprezintă diferite direcții de mișcare în mod uniform, iar procesarea ulterioară creează o anizotropie direcțională în căi unice percepției. Datele noastre susțin ipoteza că, cel puțin pentru mișcarea vizuală, percepția și acțiunea sunt ghidate de intrări din fluxuri senzoriale separate. Anizotropia direcțională a percepției pare să provină după ce cele două fluxuri s-au separat și în aval de zona MT.

    Abstract

    Multe acțiuni naturale necesită coordonarea a două tipuri diferite de mișcări. Cum se aleg țintele în aceste circumstanțe: comenzile centrale instruiesc diferite sisteme de mișcare în paralel sau executarea unei mișcări activează un lanț serial care alege automat ținte pentru cealaltă mișcare? Am examinat o acțiune naturală de urmărire a ochilor care constă în orientarea sacadelor și urmărirea mișcărilor linii de urmărire a ochilor și am găsit dovezi fiziologice puternice pentru o strategie în serie. Maimuțele au ales în mod liber între două pete identice care au apărut în locuri diferite din câmpul vizual și s-au deplasat în direcții ortogonale. Dacă o sacadă a fost evocată la una dintre țintele în mișcare prin microstimulare fie în câmpul ocular frontal (FEF), fie în coliculul superior (SC), atunci aceeași țintă a fost aleasă automat pentru urmărire. Rezultatele noastre implică faptul că semnalele neuronale responsabile de executarea sacadei pot acționa și ca o comandă internă a alegerii țintei pentru alte sisteme de mișcare.

    Abstract

    În situații naturale, activitatea motorie trebuie adesea să aleagă o singură țintă atunci când sunt prezenți mai mulți distractori. Prezenta lucrare întreabă modul în care mișcările oculare ale primatelor buna aleg țintele, prin analiza unei sarcini naturale de selecție a țintei. Maimuțele au urmărit două ținte care au început cu 1,5 grade excentric și s-au deplasat în direcții diferite (sus, dreapta, jos și stânga) spre poziția de fixare. Așa cum era de așteptat din rezultatele anterioare, urmărirea lină înainte de prima sacadă a reflectat o medie vectorială a răspunsurilor la cele două mișcări țintă individual. Cu toate acestea, viteza oculară netedă post-sacadică a arătat o îmbunătățire care a fost selectivă spațial pentru mișcare la punctul final al sacadei. Dacă punctul final al sacadei era aproape de una dintre cele două ținte, creând o sacadă de direcționare, atunci urmărirea a fost îmbunătățită selectiv pentru mișcarea vizuală a acelei ținte și suprimată pentru cealaltă țintă. Dacă punctul final a aterizat între cele două ținte, creând o sacadă medie, atunci viteza oculară netedă post-sacadică reflectă, de asemenea, o medie vectorială a celor două mișcări ale țintei. Saccadele cu latențe> 200 msec au vizat aproape întotdeauna sacadele. Cu toate acestea, urmărirea nu a trecut de la media vectorială la selectarea țintei până la apariția unei sacade, chiar și atunci când latențele de sacare au fost> 300 msec. Astfel, datele noastre demonstrează că îmbunătățirea post-sacadică a urmăririi este selectivă din punct de vedere spațial și că selecția țintei nesucurate pentru urmărire este blocată în timp la apariția unei sacade. Acest lucru ridică posibilitatea ca comenzile motorii pentru sacade să joace un rol cauzal, nu numai în îmbunătățirea transmisiei vizuomotorii pentru urmărire, ci și în alegerea unei ținte pentru urmărire.


    Un interes deosebit s-a concentrat pe compararea creierului cu computerele. Există o varietate de analogii evidente: de exemplu, neuronii individuali pot fi comparați cu tranzistoarele de pe un microcip, iar părțile specializate ale creierului pot fi comparate cu plăcile grafice și alte componente ale sistemului. Cu toate acestea, astfel de comparații sunt pline de dificultăți. Poate că cea mai fundamentală diferență dintre creiere și computere este că computerele de astăzi funcționează executând instrucțiuni adesea secvențiale dintr-un program de intrare, în timp ce în creierul uman nu apare nicio analogie clară a unui program. Cel mai apropiat echivalent ar fi ideea unui proces logic, dar natura și existența unor astfel de entități sunt subiecte de dezbatere filosofică. Având în vedere modelul de calcul al lui Alan Turing, mașina Turing (care arată că orice calcul care poate fi efectuat de un computer paralel poate fi realizat de un computer secvențial), aceasta poate fi o distincție funcțională, nu fundamentală. Cu toate acestea, Maass și Markram au susținut recent că „spre deosebire de mașinile Turing, calculele generice prin circuite neuronale nu sunt digitale și nu sunt efectuate pe intrări statice, ci mai degrabă pe funcții ale timpului” (mașina Turing calculează funcții recursive). În cele din urmă, computerele nu au fost proiectate pentru a fi modele ale creierului, deși subiecți precum rețelele neuronale încearcă să abstracteze comportamentul creierului într-un mod care poate fi simulat din punct de vedere computerizat.

    Cu toate acestea, au existat numeroase încercări de a cuantifica diferențele de capacitate dintre creierul uman și calculatoare. Potrivit lui Hans Moravec, prin extrapolarea capacităților cunoscute ale retinei pentru procesarea intrărilor de imagini, creierul are o capacitate de procesare de 100 de milioane de instrucțiuni pe secundă și este probabil să fie depășit de computere până în 2030. [3]


    Sindromul membrului fantomă

    Editorii noștri vor examina ceea ce ați trimis și vor stabili dacă să revizuiți articolul.

    Sindromul membrului fantomă, capacitatea de a simți senzații și chiar durere la un membru sau membre care nu mai există. Sindromul membrului fantomă se caracterizează atât prin senzații dureroase, cât și prin durere. Senzațiile nedureroase pot fi împărțite în percepția mișcării și percepția senzațiilor externe (exterocepție), inclusiv atingerea, temperatura, presiunea, vibrațiile și mâncărimea. Senzațiile de durere variază de la dureri de arsură și dureri de tragere până la senzații de furnicături „pini și ace”. În timp ce sindromul membrului fantomă apare doar la amputați, senzațiile fantomă pot fi percepute la persoanele care au supraviețuit accidentelor vasculare cerebrale, dar au pierdut funcția anumitor părți ale corpului sau care au leziuni ale măduvei spinării sau leziuni ale nervilor periferici.

    Sindromul membrelor fantomă a fost descris pentru prima dată în 1552 de chirurgul francez Ambroise Paré, care a operat soldați răniți și a scris despre pacienții care se plângeau de durere la nivelul membrelor amputate. Același sindrom a fost observat și remarcat mai târziu de omul de știință, matematician și filozof francez René Descartes, medicul german Aaron Lemos, anatomistul scoțian Sir Charles Bell și medicul american Silas Weir Mitchell, care au avut grijă de soldații răniți în Philadelphia în timpul războiului civil american. Medicul scoțian William Porterfield a scris o descriere directă a sindromului membrelor fantomă în secolul al XVIII-lea, în urma amputării unuia dintre picioare. El a fost prima persoană care a considerat percepția senzorială ca fiind fenomenul de bază al sindromului.

    În anii 1990, cercetătorii au descoperit că neuroplasticitatea - capacitatea neuronilor din creier de a-și modifica conexiunile și comportamentul - ar putea explica fenomenele de durere care au fost observate în asociere cu sindromul membrului fantomă. S-a constatat că durerea membrelor fantomă se explică în mod specific prin neuroplasticitatea prin expansiune a hărții (reorganizare corticală), în care regiunile locale ale creierului, fiecare dedicate îndeplinirii unui tip de funcție și reflectate în cortexul cerebral ca „hărți”, pot dobândi zone ale fantomei neutilizate Hartă.

    Deși simptomele dureroase ale sindromului membrului fantomă se rezolvă singure la unii pacienți, alți pacienți pot prezenta dureri cronice severe, uneori debilitante. Acest lucru poate fi controlat de medicamente precum analgezice (de exemplu, aspirină, acetaminofen și narcotice), sedativ-hipnotice (de exemplu, benzodiazepine), antidepresive (de exemplu, bupropion și imipramină) și anticonvulsivante (de exemplu, gabapentin). Anumite medicamente, cum ar fi ketamina (un anestezic) și calcitonina (un hormon), administrate înainte de operația de amputare diminuează probabilitatea apariției simptomelor ulterioare ale durerii. Tehnicile de coping, inclusiv hipnoza, relaxarea musculară progresivă și biofeedback-ul (o capacitate învățată de a regla funcțiile corpului), au ajutat unii pacienți să-și gestioneze simptomele. Tratamentele nechirurgicale care pot ameliora durerea fantomă includ terapia de șoc (sau terapia electroconvulsivă), acupunctura și stimularea nervului electric transcutanat. Tratamentele implantabile, utilizate în general numai după ce tratamentele neinvazive au eșuat, includ stimularea creierului profund, sistemele de administrare intratecală a medicamentelor și stimularea măduvei spinării.

    Oglinda, o terapie nouă pentru sindromul membrelor fantomă dezvoltată la mijlocul anilor 1990, a fost utilizată de un număr mic de pacienți. Terapia a avut un anumit succes în ameliorarea durerii asociate cu „paralizia învățată”, adesea experimentată de pacienții ale căror membre lipsă au fost paralizate înainte de amputare. Cutia, care nu are acoperiș, conține o oglindă în centru și are de obicei două găuri, una prin care un pacient își introduce membrul intact și una prin care pacientul introduce membrul fantomă. Când pacientul vede reflexia membrului intact în oglindă, creierul este păcălit să „vadă” membrul fantomă. Miscând membrul intact și urmărind reflectarea acestuia în oglindă, un pacient poate antrena creierul să „miște” membrul fantomă și astfel să amelioreze paralizia învățată și durerea asociată. Schimbările din creier care contribuie la succesul acestei terapii nu sunt complet înțelese, iar informațiile din studiile pe termen lung privind utilizarea terapiei cu oglinzi sunt puține, deși mai mulți pacienți au raportat o ameliorare pe termen lung.


    Coloane corticale confuze

    Într-una din discuțiile noastre, Victor Hamburger, regretatul neurobiolog al dezvoltării și membru al Academiei Naționale de Științe, mi-a spus despre distincția dintre date plictisitoare și concepte interesante, „se poate petrece o viață întreagă corectând o lucrare defectuoasă publicată într-un jurnal de renume și pierde încă bătălia dacă oamenilor le place ideea de bază ”(V. Hamburger, comunicare personală). Un exemplu al longevității informațiilor practic incorecte este fenomenul „Uniformitatea de bază în structura neocortexului”, publicat în 1980 de Rockel, Hiorns și Powell (1). Această lucrare extrem de influentă a avut probleme evidente la aproape fiecare nivel: Autorii au ales o „coloană” corticală verticală arbitrară de 30 μm lățime, cu 25 μm adâncime, între pia și fundul cortexului, deoarece conducătorul din graticula ocularul cu imersie în ulei de pe microscopul lor avea un marker de 30 μm și secțiunile lor histologice aveau o grosime de 25 μm atunci, au estimat că numărul de neuroni din această „minicolumnă” este de 110 în toate zonele citoarhitectonice examinate, fără nicio corecție pentru celulă dimensiunea și, în cele din urmă, pe baza acestei descoperiri dubioase, au făcut o generalizare largă că numărul magic de 110 este constant la toate speciile de mamifere (rozătoare, carnivore și primate, inclusiv umane) în toate zonele citoarhitectonice (cu excepția cortexului vizual primar din primate ).Această descoperire i-a determinat să concluzioneze că „structura intrinsecă a neocortexului este practic mai uniformă decât s-a crezut și că diferențele în citoarhitectură și funcție reflectă diferențe în conexiuni”.

    Majoritatea neurologilor au recunoscut problemele atât cu metoda utilizată, cât și cu datele obținute, dar mulți au găsit conceptul simplu al uniformității cortexului în diferite modalități, precum și în timpul evoluției expansiunii neocorticale, foarte atractiv. Deși cel puțin șase articole de cercetare au infirmat direct acuratețea datelor Rockel și colab. precum și validitatea generalizării acestora (de exemplu, ref. 2), conform Institutului de informații științifice (ISI), articolul lor a fost citat de aproximativ 500 de ori. Este discutat adesea în principalele cărți de referință despre neuroștiințe și evoluția creierului și este utilizat pe scară largă în modelele de calcul ale operațiilor corticale. Conceptul de uniformitate între toate speciile îi atrăgea pe filosofii cărora le plăcea ideea că diferența dintre animale și om este doar cantitativă. De asemenea, a oferit baza științifică a așa-numitei „ipoteze tabula rasa” a dezvoltării corticale, care presupune că toate zonele citoarhitectonice sunt specificate din cortexul inițial omogen și echipotențial prin intrarea din periferie.

    Acesta este motivul pentru care articolul lui Herculano-Housel și colab. (3) în acest număr al PNAS servește unui scop util, chiar dacă nu raportează rezultate neașteptate. Folosind o metodă de stereologie imparțială de ultimă generație, autorii arată în mod convingător că densitatea neuronilor din neocortex variază de până la trei ori chiar și în rândul speciilor de primate extrem de înrudite. Rezultatele celor două studii sunt dificil de comparat, deoarece Rockel și colab. (1) a numărat numărul de neuroni din cilindri verticali foarte mici (minicoloane), în timp ce Herculano-Housel și colab. a estimat densitatea neuronilor într-un volum mai mare de țesut cortical care poate fi mai afectat de cantitatea de neuropil. Cu toate acestea, scopul principal al lucrării lui Herculano-Housel și colab. pare a fi de a risipi percepția persistentă că datele raportate de Rockel și colab. sunt practic valabile și pentru a sublinia, încă o dată, că simplul concept de uniformitate de bază a cortexului, care poate părea atractiv, este practic incorect. Cu toate acestea, simt că Herculano-Housel și colab. nu a mers suficient de departe în abordarea problemei conexe care este cauzată de utilizarea frecventă abuzivă a termenului „coloană corticală”.

    Termenul de „coloană” corticală este utilizat în atât de multe moduri încât poate fi foarte confuz pentru nespecialiști.

    Anatomiștii clasici au subliniat desfășurarea laminară a neocortexului, dar au fost, de asemenea, conștienți de organizarea coloană proeminentă vizualizată în materialul impregnat de Golgi și așa cum este deosebit de convingător în secțiunile colorate cu Nissl ale cortexului cerebral uman (4). Cu toate acestea, conceptul de coloane funcționale a primit o atenție meritată numai după ce Vernon Mountcastle (5) a descoperit că neuronii dispuși vertical (sau radial în creierul contorsionat) sub formă de coloane care se întind pe lățimea cortexului somatosenzorial primat răspund la un singur câmp receptiv la periferie. Acest lucru și cercetările ulterioare efectuate de mulți alții au arătat că coloanele corticale constau dintr-o serie de grupuri neuronale iterative (numite și module) care se extind radial în straturile celulare VI-II cu stratul I în partea de sus (6-10). Neuronii dintr-o anumită coloană sunt interconectați stereotip în dimensiunea verticală, împărtășesc conectivitatea extrinsecă și, prin urmare, acționează ca unități funcționale de bază care deservesc un set de operații corticale statice și dinamice comune care includ nu numai zonele senzoriale și motorii, ci și zonele de asociere care servesc cele mai mari funcții cognitive (8, 9, 11).

    Deși columnaritatea anatomică și funcțională a neocortexului nu a fost niciodată pusă la îndoială, dimensiunea, compoziția celulară, organizarea sinaptică, expresia moleculelor de semnalizare și funcția diferitelor tipuri de „coloane” sunt dramatic diferite. Coloanele ar putea fi definite prin constelația celulară, modelul de conectivitate, conținutul de mielină, proprietatea de colorare, amploarea expresiei genelor sau proprietățile funcționale. De exemplu, există coloane de dominanță oculară, coloane de orientare, hipercoloane și coloane de culoare, pentru a menționa doar cele descrise în cortexul vizual primar (12), care diferă între ele, precum și de coloanele proiecției calosale și ipsilaterale alternative în lobul frontal (8) sau în diferite minicoloane susținute de Szentgahotai (7), Eccles (9), Buxhoeveden și Casanova (10) și o reconstrucție mai recentă detaliată a coloanelor de câmp de butoi de către Sakmann și colegii (13) și vizibilitatea acestora in vivo prin neuroimagistică (14). Singurele conexiuni dintre aceste structuri și concepte diverse sunt că se referă la organizarea verticală sau radială a elementelor sale, spre deosebire de organizarea orizontală sau laminară, care este mai explicită în preparatele histologice ale neocortexului matur. Astfel, termenul de „coloană” corticală este utilizat în atât de multe moduri încât poate fi foarte confuz pentru nespecialiști, dacă nu mai precis.

    Termenul și conceptul de coloane corticale radiale sunt, de asemenea, utilizate în neurobiologia dezvoltării cortexului cerebral. Astfel, am folosit termenul „coloană ontogenetică” în desemnarea cohortelor de neuroni corticali care provin, în timp, de la un singur progenitor neuronal (15). Neuronii postmitotici înrudiți clonal sunt inițial desfășurați într-un model columnar perfect geometric din cerebrul embrionat al primatului, că tentația de a folosi termenul de coloană a fost irezistibilă (vezi figura 1 din ref. 15). Coloanele ontogenetice sunt, de asemenea, evidente în preparatele de felii vii (16) și in vivo etichetarea liniilor neuronale folosind trasarea genelor (17). Organizarea coloanei este deosebit de evidentă în dezvoltarea cortexului cerebral primat în care neuronii sunt poziționați într-o matrice radială cu regularitate cristalină care depinde de o producție secvențială și de migrația direcționată a neuronilor care necesită orchestrarea mai multor evenimente moleculare și interacțiuni complexe celulă-celulă (11). ).

    Relația dintre ontogenetice și diferite coloane funcționale nu a fost investigată în mod adecvat. Cu toate acestea, a fost clar de la început că orice coloană funcțională din cortexul cerebral adult trebuie să fie formată din mai multe coloane ontogenetice (policloni), în funcție de funcția lor și că neuronii din clone diferite se amestecă cu coloanele adiacente pe măsură ce migrează în zona intermediară (18). Inițial a fost evident și s-a afirmat clar că coloanele ontogenetice din diferite zone citoarhitectonice sunt diferite și, prin urmare, contrazic noțiunea de omogenitate a neocortexului (15). Această variabilitate poate explica atât expansiunea diferențială a zonelor funcționale individuale, cât și introducerea de noi zone în timpul evoluției, așa cum este formulat în ipoteza protomapei (15, 19). Conceptul de policloni a fost susținut de găsirea unor coloane alternative mai largi de expresie genetică la șoareci transgenici și himerici (19-21). Vizibilitatea morfologică a coloanelor ontogenetice este diminuată după sosirea interneuronilor, a celulelor gliale și aferente, care participă la formarea neuropilului cu o multitudine de conexiuni sinaptice care constituie diverse tipuri de coloane funcționale descrise de anatomiști și fiziologi (11). ).

    Longevitatea conceptului de uniformitate de bază în structura neocortexului se datorează parțial respectului deosebit pentru Tom Powell, profesor la Oxford și neuroanatomist de frunte la acea vreme. Cealaltă parte este că concluziile lui Rockel, Hiorns și Powell (1), că cortexul constă din coloane și că se extinde pe parcursul evoluției mai mult în suprafață decât în ​​grosime, sunt evidente și rămân valabile. De asemenea, încă în picioare, așa cum a subliniat clar Herculano-Housel și colab. (3), este existența coloanelor ontogenetice și validitatea ipotezei unității radiale ca bază pentru înțelegerea expansiunii sale evolutive la nivel celular și molecular. O nouă provocare este de a reconstrui circuitele celulare și sinaptice complete și de a dezvolta coloane corticale model care sunt dedicate fiecărei funcții pentru a determina modul în care deviația acestui model afectează comportamentul.


    Vaidehi Natu

    Sunt neurolog în dezvoltare. Programul meu de cercetare își propune să studieze modul în care creierul uman se maturizează de la copilărie până la vârsta adultă, deoarece dobândește noi abilități și comportamente de viață: Care sunt originile mecanismelor neuronale și celulare ale dezvoltării creierului în timpul copilăriei? Cum se desfășoară traiectoria mecanismelor celulare în timpul dezvoltării, pe măsură ce copiii de vârstă școlară dobândesc abilități complexe, cum ar fi citirea sau recunoașterea feței? Care sunt unele dintre paralelele în dezvoltarea creierului între speciile de primate? Ce modificări apar în creier în tulburările de dezvoltare precum autismul, scleroza multiplă și dislexia.

    Folosesc o abordare multimodală prin combinarea diferitelor tehnici pentru a studia creierul. Folosesc metode de neuroimagistică, inclusiv imagistica prin rezonanță magnetică funcțională (RMN), RMN cantitativ (RMN) și RMN de difuzie (RMN), precum și observații comportamentale, histologie, metode comparative între oameni și macaci și electroencefalografie intracraniană. Această combinație de tehnici complementare oferă o înțelegere unificată a modului în care anatomia, funcția și comportamentul creierului se dezvoltă împreună pentru a atinge abilități umane complexe.

    Toate publicațiile

    • Reciclarea corticală în cortexul vizual la nivel înalt în timpul dezvoltării copilăriei. Natura comportament uman Nordt, M., Gomez, J., Natu, V. S., Rezai, A. A., Finzi, D., Kular, H., Grill-Spector, K. 2021

    Abstract

    Cortexul temporal ventral uman conține regiuni selective de categorii care răspund preferențial categoriilor relevante din punct de vedere ecologic, cum ar fi fețele, corpurile, locurile și cuvintele și care sunt implicate cauzal în percepția acestor categorii. Cum se dezvoltă aceste regiuni în timpul copilăriei? Am folosit imagistica prin rezonanță magnetică funcțională pentru a măsura dezvoltarea longitudinală a selectivității categoriei la copiii de vârstă școlară cu vârsta peste 1 până la 5 ani. Am descoperit că, de la o copilărie mică până la adolescență, regiunile selective ale feței și cuvintelor din cortexul temporal ventral se extind și devin mai selective din categorie, dar regiunile selective ale membrelor se micșorează și își pierd preferința pentru membre. În mod critic, pe măsură ce copilul se dezvoltă, creșterea selectivității feței și a cuvintelor este direct legată de scăderea selectivității membrelor, dezvăluind că în timpul copilăriei, selectivitatea membrelor în cortexul temporal ventral este reapusă în selectivitatea cuvântului și a feței. Aceste date oferă dovezi pentru reciclarea corticală în timpul dezvoltării copilăriei. Acest lucru are implicații importante pentru înțelegerea dezvoltării tipice și atipice a creierului și necesită o regândire a modului în care funcția corticală se dezvoltă în timpul copilăriei.

    Abstract

    Evoluția și dezvoltarea relațiilor anatomico-funcționale în cortexul cerebral prezintă un interes major în neuroștiințe. Aici, am valorificat faptul că o regiune funcțională selectivă pentru scene vizuale este situată într-un sul în cortexul temporal ventral medial (VTC) atât la oameni, cât și la macaci pentru a examina relația dintre adâncimea sulcală și selectivitatea locului în VTC medial între specii și grupe de vârstă. Pentru a face acest lucru, am achiziționat scanări de imagistică prin rezonanță magnetică anatomică și funcțională la 9 macaci, 26 de copii umani și 28 de adulți umani. Rezultatele noastre au relevat o puternică cuplare structural-funcțională între adâncimea sulcală și selectivitatea locului între grupele de vârstă și specii în care selectivitatea a fost cea mai puternică în apropierea celui mai adânc punct sulcal (groapa sulcală). Interesant este că această cuplare între adâncimea sulcală și selectivitatea locului se întărește de la copilărie până la maturitate la oameni. Analizele morfologice sugerează că stabilizarea cuplării sulcal-funcționale la vârsta adultă se poate datora aprofundării sulcale și expansiunii ariei cu vârsta, precum și diferențelor de dezvoltare în curbura corticală la pial, dar nu și la suprafața substanței albe. Rezultatele noastre implică caracteristici sulcale ca repere funcționale în cortexul vizual la nivel înalt și evidențiază faptul că relațiile sulcal-funcționale în VTC medial sunt păstrate între macaci și oameni, în ciuda diferențelor în pliurile corticale.

    Abstract

    Un semn distinctiv al prejudecăților intergrupale este tendința de a identifica membrii propriului grup, dar de a procesa categoric membrii altor grupuri. În timp ce consecințele acestor prejudecăți pentru stereotipuri și discriminare sunt bine documentate, fundamentele lor perceptive timpurii rămân mai puțin înțelese. Aici, am investigat mecanismele neuronale ale acestui efect testând dacă cortexul vizual la nivel înalt este diferențiat în sensibilitatea sa la variația fețelor de rasă proprie față de alte rase. Folosind o paradigmă funcțională de adaptare RMN, am măsurat obișnuința participanților albi la blocuri de fețe albe și negre care au variat parametric în similitudinea lor în grup. Participanții au arătat o tendință mai mare de a identifica fețele propriei rase în percepție, arătând atât o eliberare mai mare de adaptare la identități unice, cât și o sensibilitate crescută în răspunsul de adaptare la diferența fizică dintre fețe. Aceste diferențe de grup apar în reglarea cortexului selectiv timpuriu al feței și reflectă diferențele de comportament în memoria și percepția fețelor proprii față de alte rase. Rezultatele noastre sugerează că părtinirile pentru fețele din alte rase apar în unele dintre primele etape ale percepției senzoriale.

    Abstract

    Cortexul uman pare a se subția în timpul dezvoltării copilăriei. Cu toate acestea, mecanismele microstructurale de bază sunt necunoscute. Folosind imagistica prin rezonanță magnetică funcțională (RMN), RMN cantitativ (RMN) și RMN de difuzie (RMN) la copii și adulți, am testat ce modificări cantitative apar la substanța gri și albă în cortexul temporal ventral (VTC) din copilărie până la maturitate și legătura dintre aceste modificări și subțierea corticală. Timpul de relaxare T1 din RMN și difuzivitatea medie (MD) din RMN oferă măsurători independente și complementare ale proprietăților microstructurale ale țesutului de substanță gri și albă. În regiunile selective ale feței și caracterelor în VTC lateral, T1 și MD au scăzut de la vârsta de 5 ani până la maturitate în cortexul mediu și profund, precum și în substanța albă adiacentă. Reducerea T1 s-a produs și longitudinal în regiunile creierului copiilor. Scăderile T1 și MD 1) au fost în concordanță cu creșterea țesutului legată de mielinizare, pe care am verificat-o cu pete de mielină histologică la adulți și 2) au fost corelate cu subțierea aparentă corticală. În schimb, în ​​cortexul local-selectiv în VTC medial, nu am găsit nicio dezvoltare a T1 sau MD după vârsta de 5 ani, iar grosimea a fost legată de morfologia corticală. Aceste descoperiri sugerează că VTC lateral devine probabil mai mielinizat din copilărie până la maturitate, afectând contrastul imaginilor MR și, la rândul său, limita aparentă gri-alb. Aceste descoperiri sunt importante, deoarece sugerează că VTC nu se subțiază în timpul copilăriei, ci devine mai mult mielinizată. Datele noastre au ramificații largi pentru înțelegerea dezvoltării creierului atât tipice, cât și atipice, utilizând măsurători cantitative in vivo avansate și condiții clinice care implică mielina.

    Abstract

    Cortexul vizual uman cuprinde mai mult de o duzină de hărți ale câmpului vizual pe trei fluxuri majore de procesare. Unul dintre aceste fluxuri este fluxul vizual lateral, care se extinde de la V1 la hărțile câmpului vizual lateral-occipital (LO) și temporal-occipital (TO) și joacă un rol proeminent în formă, precum și în percepția mișcării. Cu toate acestea, nu se știe dacă și cum se dezvoltă câmpurile receptive ale populației (pRF) din fluxul vizual lateral din copilărie până la maturitate și ce impact ar putea avea această dezvoltare asupra codificării spațiale. Aici, am folosit imagistica prin rezonanță magnetică funcțională și modelarea pRF la copii și adulți de vârstă școlară pentru a investiga dezvoltarea fluxului vizual lateral. Datele noastre dezvăluie patru constatări principale: 1) Organizarea topografică a excentricității și a hărților unghiurilor polare ale fluxului lateral este stabilă după vârsta de cinci ani. 2) În ambele grupe de vârstă există o relație fiabilă între tranzițiile hărții de excentricitate și plierea corticală: girusul occipital mediu prezice tranziția între reprezentarea periferică a hărților LO și TO. 3) pRF-urile din hărțile LO și TO suferă o dezvoltare diferențială de la copilărie până la maturitate, rezultând o acoperire crescută a câmpului vizual central în LO și a câmpului vizual periferic în TO. 4) Decodarea bazată pe model arată că consecința dezvoltării acoperirii pRF și a câmpului vizual este decodificarea spațială îmbunătățită din răspunsurile distribuite LO și TO la adulți vs. copii. Împreună, aceste rezultate explică atât dezvoltarea, cât și topografia fluxului vizual lateral. Datele noastre arată că organizarea structurală-funcțională generală este prezentată la începutul dezvoltării, dar proprietățile la scară fină, cum ar fi distribuția pRF în câmpul vizual și, în consecință, precizia spațială, devin reglate fin în dezvoltarea copilăriei. Aceste descoperiri avansează înțelegerea dezvoltării sistemului vizual uman de la copilărie până la maturitate și oferă o bază esențială pentru înțelegerea deficitelor de dezvoltare.

    Abstract

    pFs este o regiune definită funcțional în creierul uman, implicată în recunoașterea obiectelor. O tendință recentă se referă la pF ca sulcus fusiform posterior, care este o structură neuroanatomică care nu există. Aici, corectăm această greșeală. Pentru a atinge acest obiectiv, vom relata mai întâi definițiile originale ale pF-urilor și apoi vom analiza identificarea sulciilor din interiorul și înconjurătorul girusului fusiform (FG), inclusiv a sulcusului fusiform mediu (MFS), care este un sulcert terțiar în cadrul FG. Subliniem că sulci terțiari, cum ar fi MFS, sunt adesea absenți din atlasele cerebrale, ceea ce complică localizarea exactă a regiunilor funcționale, precum și înțelegerea relațiilor structurale-funcționale în cortexul temporal ventral (VTC). Când luăm în considerare localizarea pF-urilor selective de obiect din datele publicate anterior în legătură cu sulciile din jurul FG, precum și a MFS, ilustrăm că (1) pF-urile se întind pe mai multe structuri macroanatomice, ceea ce este în concordanță cu definițiile originale ale pF-urilor (Grill -Spector și colab., 1999, 2000) și (2) relația topologică dintre pF și MFS are atât caracteristici stabile, cât și variabile. Pentru a preveni confuzia viitoare în ceea ce privește localizarea anatomică a regiunilor funcționale din cadrul VTC, precum și pentru a completa instrumentele care identifică automat sulcurile din jurul FG, oferim o metodă de identificare automată a MFS în creierele individuale utilizând FreeSurfer. În cele din urmă, subliniem beneficiile utilizării reconstrucțiilor de suprafață corticală în seturi de date mari pentru a identifica și cuantifica sulci terțiari în comparație cu metodele clasice de disecție, deoarece acestea din urmă nu reușesc adesea să diferențieze sulci terțiari de indentări de suprafață superficială produse de vene și artere. În total, propunem că includerea definițiilor și etichetelor pentru sulci terțiari în atlase neuroanatomice și pachete software de neuroimagistică vor spori înțelegerea relațiilor funcțional-structurale din creierul uman.

    Abstract

    A deveni un cititor competent necesită o învățare substanțială de-a lungul mai multor ani.Cu toate acestea, nu se cunoaște modul în care învățarea citirii afectează dezvoltarea reprezentărilor vizuale distribuite în cortexul temporal ventral uman (VTC). Folosind fMRI și o abordare de calcul bazată pe date, am cuantificat dezvoltarea răspunsurilor VTC distribuite la caractere (pseudowords și numere) față de alte domenii la copii, preadolescenți și adulți. Rezultatele relevă dezvoltarea anatomică și specifică emisferei. Odată cu dezvoltarea, răspunsurile distribuite la cuvinte și caractere au devenit mai distinctive și mai informative în VTC lateral, dar nu medial, și în emisfera stângă, dar nu dreaptă. În timp ce dezvoltarea voxelurilor cu preferință atât pozitivă, cât și negativă față de cuvinte a afectat informațiile distribuite, numai dezvoltarea voxelurilor cu preferință pozitivă față de cuvinte (adică, selectiv de cuvinte) a fost corelată cu capacitatea de citire. Aceste date arată că creșterile de dezvoltare a informativității răspunsurilor VTC distribuite lateral stâng sunt legate de citirea competentă și au implicații importante atât pentru teoriile dezvoltării, cât și pentru elucidarea mecanismelor neuronale ale dizabilităților de lectură.

    Abstract

    Câmpurile receptive (RF) care procesează informații în părți restrânse ale câmpului vizual sunt o proprietate cheie a neuronilor sistemului vizual. Cu toate acestea, nu se cunoaște modul în care se dezvoltă RF la om. Folosind modelarea RMN și a câmpului receptiv al populației (pRF) la copii și adulți, determinăm unde și cum se dezvoltă pRF în fluxul vizual ventral. Aici raportăm că proprietățile pRF în hărțile câmpului vizual, de la prima zonă vizuală, V1, până la prima zonă ventro-occipitală, VO1, sunt asemănătoare adulților până la vârsta de 5 ani. se dezvoltă la maturitate, crescând tendința de acoperire foveală pentru fețele din emisfera dreaptă și cuvintele din emisfera stângă. Urmărirea ochilor indică faptul că modificările pRF sunt legate de schimbarea tiparelor de fixare pe cuvinte și fețe de-a lungul dezvoltării. Aceste descoperiri sugerează o legătură între comportamentul de vizualizare a feței și cuvântului și dezvoltarea diferențială a pRF-urilor în cortexul vizual, potențial datorită concurenței cu privire la acoperirea foveală.

    Abstract

    Câmpurile receptive (RF) care procesează informații în părți restrânse ale câmpului vizual sunt o proprietate cheie a neuronilor sistemului vizual. Cu toate acestea, nu se cunoaște modul în care se dezvoltă RF la om. Folosind modelarea RMN și a câmpului receptiv al populației (pRF) la copii și adulți, determinăm unde și cum se dezvoltă pRF în fluxul vizual ventral. Aici raportăm că proprietățile pRF în hărțile câmpului vizual, de la prima zonă vizuală, V1, până la prima zonă ventro-occipitală, VO1, sunt asemănătoare adulților până la vârsta de 5 ani. se dezvoltă la maturitate, crescând tendința de acoperire foveală pentru fețele din emisfera dreaptă și cuvintele din emisfera stângă. Urmărirea ochilor indică faptul că modificările pRF sunt legate de schimbarea tiparelor de fixare pe cuvinte și fețe în întreaga dezvoltare. Aceste descoperiri sugerează o legătură între comportamentul de vizualizare a feței și cuvântului și dezvoltarea diferențială a pRF-urilor în cortexul vizual, potențial datorită concurenței cu privire la acoperirea foveală.

    Abstract

    Un obiectiv central în neuroștiințe este de a înțelege modul în care procesarea în fluxul vizual ventral permite percepția și recunoașterea rapidă și robustă. Descoperirile neuroștiințifice recente au înțeles în mod semnificativ funcția, structura și calculele de-a lungul fluxului vizual ventral care servesc drept infrastructură care susține acest comportament. În paralel, progrese semnificative în modelele de calcul, cum ar fi rețelele neuronale profunde ierarhice (DNN), au adus performanța mașinii la un nivel care este proporțional cu performanța umană. Aici, propunem un nou cadru care utilizează rețeaua feței ventrale ca sistem model pentru a ilustra modul în care creșterea preciziei neuronale a DNN-urilor actuale poate permite cercetătorilor să testeze beneficiile de calcul ale arhitecturii funcționale a creierului uman. Astfel, analiza (i) ia în considerare caracteristicile specifice de implementare neuronală ale rețelei feței ventrale, (ii) descrie asemănări și diferențe între arhitectura funcțională a creierului și DNN-uri și (iii) oferă o ipoteză pentru valoarea de calcul a caracteristicilor de implementare din cadrul creierul care poate îmbunătăți performanța DNN. Important, acest nou cadru promovează încorporarea descoperirilor neuroștiințifice în DNN-uri pentru a testa beneficiile de calcul ale caracteristicilor organizaționale fundamentale ale sistemului vizual.

    Abstract

    Zona locului parahippocampal (PPA) este o regiune vizuală la nivel înalt studiată pe scară largă în creierul uman implicată în procesarea locului și a scenei. Scopul studiului de față a fost de a identifica cea mai probabilă localizare a voxelilor selectivi la loc în cortexul temporal ventral medial. Pentru a atinge acest obiectiv, am folosit mai întâi alinierea bazată pe cortex (CBA) pentru a crea o regiune probabilistică de interes loc-selectiv (ROI) dintr-un grup de 12 participanți. Am testat apoi cât de bine acest ROI ar putea prezice selectivitatea locului în fiecare emisferă într-un nou grup de 12 participanți. Rezultatele noastre arată că un ROI probabilistic (pROI) generat de la un grup de 12 participanți prezice cu precizie locația și selectivitatea funcțională în creierele individuale dintr-un grup nou de 12 participanți, în ciuda variabilității subiectului în locația exactă a voxelilor selectivi în funcție de loc plierea cortexului parahipocampal. În plus, precizia de predicție a pROI-ului nostru este semnificativ mai mare decât cea obținută prin alinierea Talairach pe bază de volum. Comparând locația pROI a PPA în raport cu datele publicate de la peste 500 de participanți, inclusiv datele de la Human Connectome Project, arată o convergență izbitoare a locației prezise a PPA și a localizării corticale a voxelilor care prezintă cea mai mare selectivitate a locului în cadrul studiilor folosind diverse metode și stimuli. Mai exact, cea mai predictivă locație anatomică a voxelilor care prezintă cea mai mare selectivitate a locului în cortexul temporal ventral medial este joncțiunea sulurilor linguale colaterale și anterioare. Metodologic, punem acest pROI în mod gratuit (vpnl.stanford.edu/PlaceSelectivity), care oferă un mijloc de a identifica cu precizie o regiune funcțională din datele anatomice RMN atunci când datele fMRI nu sunt disponibile (de exemplu, în populațiile de pacienți). Teoretic, luăm în considerare diferiți factori anatomici și funcționali care pot contribui la localizarea anatomică consistentă a selectivității locului față de plierea cortexului vizual la nivel înalt.

    Abstract

    Cum se schimbă țesutul cortical pe măsură ce funcția și comportamentul creierului se îmbunătățesc de la copilărie la maturitate? Combinând imagistica prin rezonanță magnetică cantitativă și funcțională la copii și adulți, găsim dezvoltarea diferențială a zonelor vizuale de nivel înalt care sunt implicate în recunoașterea feței și a locului. Dezvoltarea regiunilor selective pentru față, dar nu a regiunilor selective pentru loc, este dominată de proliferarea microstructurală. Această dezvoltare a țesuturilor este corelată cu creșteri specifice ale selectivității funcționale la fețe, precum și îmbunătățiri în recunoașterea feței și, în cele din urmă, conduce la proprietăți tisulare diferențiate între regiunile selective ale feței și ale locului la vârsta adultă, pe care le validăm cu măsurători citoarhitectonice postmortem. Aceste date sugerează un nou model prin care funcția și comportamentul creierului emergente rezultă mai degrabă din proliferarea țesutului cortical decât din tăierea exclusivă.


    Priveste filmarea: Princípios gerais de tumores músculo-esquelético (Mai 2022).